寄主對(duì)云斑白條天牛幼蟲取食行為及其體內(nèi)酶活性的影響

吳 廣 徐 蕾 李貝娜 彭思穎 郭春暉 楊振德

（廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004）

云斑白條天牛（Batocera lineolata）屬鞘翅目（Coleoptera）天牛科（Cerambycidae），是一種寄主范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)的蛀干害蟲[1]。它可危害100多種闊葉林和果樹[2-4]，是高度危險(xiǎn)的林業(yè)害蟲[5]。

云斑白條天牛成蟲在補(bǔ)充營養(yǎng)期具有轉(zhuǎn)換寄主補(bǔ)充營養(yǎng)，然后回到原寄主產(chǎn)卵的習(xí)性，如楊樹（Populussp.）[6-8]和 桉 樹（Eucalyptussp.）[9]的云斑白條天牛種群。但以核桃（Juglans regia）[4]、櫟樹（Quercus linn）[10]和白蠟樹（Fraxinus chinensis）[11-12]等為寄主的云斑白條天牛，補(bǔ)充營養(yǎng)和產(chǎn)卵階段均在同一寄主上進(jìn)行。云斑白條天牛對(duì)于不同寄主表現(xiàn)出習(xí)性差異，與其較強(qiáng)的轉(zhuǎn)換寄主和代謝適應(yīng)能力有密切關(guān)系，這對(duì)于云斑白條天牛種群的擴(kuò)散具有重要意義。云斑白條天牛適應(yīng)新寄主時(shí)，天牛在生理生化方面的變化尤為明顯。云斑白條天牛成蟲以嗜食寄主薔薇（Rosa multiflora）為補(bǔ)充營養(yǎng)源時(shí)，谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GSTs）活性較低；而當(dāng)取食非嗜食寄主楊樹、柳樹（Salix babylonica）和構(gòu)樹（Broussonetia papyrifera）時(shí)，谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶的活性較高[13]。云斑白條天牛成蟲階段是其唯一轉(zhuǎn)換寄主選擇階段[4]。當(dāng)雌成蟲產(chǎn)卵于新寄主中，新孵化的幼蟲主要通過生理生化上的變化來適應(yīng)新寄主，從而生長(zhǎng)發(fā)育成蟲，逐漸形成新的寄主種群，實(shí)現(xiàn)種群的分化和擴(kuò)散。目前對(duì)云斑白條天牛的研究主要集中在成蟲方面，關(guān)于云斑白條天牛寄主譜擴(kuò)大的內(nèi)在機(jī)制尚不清楚，并且不同寄主對(duì)云斑白條天牛幼蟲取食行為和酶活性的影響也研究較少。

本研究以核桃樹和桉樹為原寄主的云斑白條天牛種群幼蟲為研究對(duì)象，通過人工更換新寄主飼養(yǎng)的方法研究云斑白條天牛幼蟲對(duì)核桃和桉樹的取食選擇行為，通過測(cè)定更換新寄主前后幼蟲體內(nèi)消化酶、解毒酶和保護(hù)酶活性變化探討其對(duì)核桃或桉樹不同寄主的適應(yīng)機(jī)制，以利于預(yù)估云斑白條天牛在核桃和桉樹間的潛在危險(xiǎn)性，也有助于研究針對(duì)云斑白條天牛種群擴(kuò)散的防治手段，為云斑白條天牛的有效防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 幼蟲來源及其飼養(yǎng)

分別于廣西壯族自治區(qū)河池市巴馬縣核桃林和百色市那坡縣桉樹林中采集云斑白條天牛的初孵幼蟲或卵粒，卵粒置于墊有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，在光照培養(yǎng)箱（溫度27 ℃，光照12 h/d，相對(duì)濕度80%～85%）中培養(yǎng)孵化。初孵幼蟲分別采用原寄主木段飼養(yǎng)法[14]飼養(yǎng)3 d和14 d后備用。寄主植物桉樹和核桃木段均采自廣西大學(xué)林學(xué)院校內(nèi)教學(xué)實(shí)踐基地。

1.2 幼蟲對(duì)不同寄主取食選擇行為的測(cè)定

取食選擇行為測(cè)定裝置由直徑9.0 cm的兩格或三格一次性培養(yǎng)皿改造而成。為了便于幼蟲的爬行，測(cè)定時(shí)先在培養(yǎng)皿底部墊一層濾紙，再將新鮮的不同飼料放入不同的區(qū)域，然后取1頭預(yù)饑餓2 h的幼蟲放入裝置中心區(qū)（見圖1），置于暗處2 h后觀察記錄幼蟲對(duì)不同食物的選擇情況。每種類型幼蟲的選擇試驗(yàn)20次重復(fù)，計(jì)算趨向率，其公式為：

圖 1 云斑白條天牛幼蟲取食選擇行為測(cè)定裝置示意圖Fig. 1 Schematic diagram of a device for determining the feeding behavior of the larva of B. lineolata

1.3 幼蟲體內(nèi)酶活性的測(cè)定

分別取不同寄主木段飼養(yǎng)14 d后的3齡幼蟲，冰凍致死后迅速置于已滅菌4 ℃預(yù)冷的解剖盤上解剖中腸，清洗中腸內(nèi)含物，濾紙吸干表面液體后稱量備用。

幼蟲中腸乙酰膽堿酯酶（AchE）、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）、羧酸酯酶（CarE）、多酚氧化酶（PPO）等酶活性的測(cè)定均采用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒（編號(hào)分別為A024、A004、A133和A136）說明書進(jìn)行。

超氧化物歧化酶活性參照任曉亞等[15]的方法測(cè)定；過氧化氫酶和過氧化物酶活性參照李周直等[16]的方法測(cè)定；類胰蛋白酶活性參照李娟[13]的方法測(cè)定；淀粉酶活性參照周瓊等[17]的方法測(cè)定；纖維素酶活性參照李曉娟[18]的方法測(cè)定；酶蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[19]測(cè)定。

以上酶活性單位采用相應(yīng)參考文獻(xiàn)中的定義。各種酶活性測(cè)定試驗(yàn)均6次以上重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS 22.0和Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。利用卡方檢驗(yàn)分析天牛幼蟲選擇某個(gè)寄主的最多次數(shù)和其他寄主選擇次數(shù)間有無顯著差異；采用Duncan"s極差法比較各組數(shù)據(jù)間的差異顯著性（P＜0.05），試驗(yàn)數(shù)據(jù)最終用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差來表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 幼蟲對(duì)寄主的取食選擇

從表1可以看出：在選擇性取食條件下，取食原寄主3 d后的天牛幼蟲仍趨向于選擇取食原寄主，其選擇趨向率均達(dá)80%以上。將天牛幼蟲強(qiáng)迫取食新寄主3 d后再進(jìn)行選擇性取食測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)幼蟲選擇寄主的能力下降，選擇的趨向率均低于70%。其中，原寄主為桉樹的幼蟲強(qiáng)迫取食核桃寄主3 d后，明顯傾向于選擇取食桉樹與核桃的混合飼料（P＜0.05），而原寄主為核桃的幼蟲強(qiáng)迫取食桉樹寄主3 d后，對(duì)于各飼料取食的傾向性無明顯差異（P＞0.05）。

表 1 云斑白條天牛幼蟲對(duì)不同寄主的取食選擇性Table 1 Determination of the selective tropisms of different plants for the larvae of B. lineolata

2.2 取食不同寄主的幼蟲體內(nèi)解毒酶活性

從表2可以看出：原寄主為核桃的云斑白條天牛幼蟲取食新寄主桉樹14 d后，其體內(nèi)乙酰膽堿酯酶活性顯著升高，而谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶、羧酸酯酶和多酚氧化酶活性均顯著降低（P＜0.05）。天牛幼蟲取食新植物桉樹后的解毒酶活性中以多酚氧化酶活性變化最大，云斑白條天牛核桃種群幼蟲取食原寄主核桃后的酶活性是取食桉樹后酶活性的9.38倍。

原寄主為桉樹的幼蟲取食新寄主核桃后，其體內(nèi)多酚氧化酶和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性均顯著降低（P＜0.05），而乙酰膽堿酯酶活性則顯著升高（P＜0.05），羧酸酯酶活性無顯著差異。

表 2 取食不同寄主的云斑白條天牛幼蟲體內(nèi)解毒酶活性的變化Table 2 Changes of detoxifying enzymes activity in larvae of B. lineolata fed with J. regia or Eucalyptus sp.

2.3 取食不同寄主的幼蟲體內(nèi)保護(hù)酶活性的影響

從表3可以看出：云斑白條天牛核桃種群幼蟲轉(zhuǎn)換桉樹飼養(yǎng)14 d后，幼蟲保護(hù)酶活性顯著低于原寄主核桃飼養(yǎng)后的酶活性（P＜0.05）。其中以過氧化氫酶（CAT）差異性最大，云斑白條天牛核桃種群幼蟲的CAT酶活性是桉樹種群幼蟲酶活性的2.05倍。

云斑白條天牛桉樹種群幼蟲轉(zhuǎn)換核桃飼養(yǎng)14 d后，幼蟲保護(hù)酶活性除了CAT酶活性與原寄主桉樹飼養(yǎng)后的CAT酶活性沒有明顯差別外，超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性分別與原寄主桉樹飼養(yǎng)后的相應(yīng)酶活性有顯著差異（P＜0.05），即原寄主桉樹飼養(yǎng)后的SOD酶活性顯著高于核桃飼養(yǎng)后的SOD酶活性，而POD酶活性顯著低于核桃飼養(yǎng)后的POD酶活性（P＜0.05）。云斑白條天牛在取食原寄主桉樹14 d后，其中腸內(nèi)的SOD酶活性是取食核桃樹后SOD酶活性的4.80倍。

表 3 取食不同寄主的云斑白條天牛幼蟲體內(nèi)保護(hù)酶的活性變化Table 3 Changes of protective enzymes activity in larvae of B. lineolata fed with J. regia and Eucalyptus sp.

2.4 取食不同寄主的幼蟲體內(nèi)消化酶活性的影響

從表4可以看出：云斑白條天牛核桃種群幼蟲取食原寄主核桃14 d后纖維素Cx酶活性和桉樹種群幼蟲取食原寄主桉樹后纖維素Cx酶活性沒有明顯差別。雖然核桃種群幼蟲取食核桃后的類胰蛋白酶活性明顯低于桉樹種群幼蟲取食桉樹后的類胰蛋白酶活性（P＜0.05），但淀粉酶活性卻顯著高于桉樹種群（P＜0.05），是桉樹種群的10.13倍。

轉(zhuǎn)換植物取食后，除了云斑白條天牛桉樹種群幼蟲取食核桃后其體內(nèi)淀粉酶活性與取食原寄主桉樹后的淀粉酶活性無明顯差別外，類胰蛋白酶和纖維素Cx酶均顯著低于取食原寄主后的相應(yīng)酶活性（P＜0.05）。另外，云斑白條天牛核桃種群幼蟲取食桉樹后的類胰蛋白酶活性和桉樹種群幼蟲取食核桃樹后類胰蛋白酶活性沒有明顯差異，但淀粉酶活性以及纖維素Cx酶均明顯高于桉樹種群幼蟲相對(duì)應(yīng)的消化酶活性（P＜0.05）。

表 4 取食不同寄主的云斑白條天牛幼蟲體內(nèi)消化酶的活性變化Table 4 Changes of digestive enzymes activity in larvae of B. lineolata fed with J. regia and Eucalyptus sp.

3 結(jié)論與討論

植食性昆蟲在與植物長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)化過程中，一方面植物為保護(hù)自身免受蟲害而產(chǎn)生許多次生代謝產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)防御[20]；另一方面植食性昆蟲通過解毒代謝、避毒行為等機(jī)制來不斷適應(yīng)植物體內(nèi)的次生防御物質(zhì)[21]。對(duì)于云斑白條天牛而言，幼蟲無法選擇寄主，主要依靠成蟲選擇新寄主產(chǎn)卵后初孵幼蟲再進(jìn)行新寄主的適應(yīng)，建立新的寄主種群，從而擴(kuò)大寄主范圍[22]。

本研究結(jié)果表明云斑白條天牛幼蟲偏好取食原寄主，但強(qiáng)迫幼蟲取食新寄主能降低幼蟲對(duì)原寄主取食的趨向率。這與閻雄飛在研究光肩星天牛對(duì)原寄主的“記憶”效應(yīng)時(shí)，天牛并沒有完全對(duì)原寄主表現(xiàn)出“記憶”效應(yīng)相似[23]。原寄主為桉樹的幼蟲強(qiáng)迫取食核桃寄主3 d后，明顯傾向于選擇取食桉樹與核桃為1∶1的混合飼料，這說明天牛的取食經(jīng)歷可能會(huì)改變天牛的取食嗜好，從而使云斑白條天牛幼蟲對(duì)不同寄主的混合飼料具有較強(qiáng)的選擇性。提示自然桉樹林中的天牛成蟲“誤產(chǎn)卵”到鄰近的核桃樹上，其孵化的幼蟲具有適應(yīng)新寄主的潛力。

昆蟲可以通過改變體內(nèi)酶活性來適應(yīng)寄主的變化，昆蟲體內(nèi)不同酶系的功能不同，不同酶對(duì)于新寄主環(huán)境的反應(yīng)速度也不同。云斑白條天牛核桃種群和桉樹種群幼蟲更換新寄主后其體內(nèi)解毒酶活性發(fā)生顯著變化，乙酰膽堿酯酶活性顯著升高，谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶和多酚氧化酶活性均顯著降低，這表明乙酰膽堿酯酶可能是云斑白條天牛幼蟲適應(yīng)新寄主的關(guān)鍵解毒酶。

核桃種群幼蟲更換新寄主桉樹后，幼蟲體內(nèi)的三大保護(hù)酶（CAT、SOD、POD）活性均顯著下降；但是，桉樹種群幼蟲更換新寄主核桃后，幼蟲體內(nèi)的CAT活性相對(duì)比較穩(wěn)定，POD活性顯著升高。此外，體內(nèi)羧酸酯酶活性也略有升高，說明相對(duì)于更換新寄主的核桃種群幼蟲，桉樹種群幼蟲具有對(duì)新寄主核桃更強(qiáng)的自我保護(hù)適應(yīng)能力和解毒適應(yīng)能力。

一般來說，昆蟲的消化酶活性大小在一定程度上體現(xiàn)出昆蟲正常生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)所需營養(yǎng)物質(zhì)的種類以及寄主植物中各類營養(yǎng)物質(zhì)被昆蟲吸收利用的狀況[24]。取食新寄主后，云斑白條天牛幼蟲的類胰蛋白酶和纖維素Cx酶活性均明顯降低，推測(cè)新寄主中可能含有抑制幼蟲蛋白酶和纖維素酶的物質(zhì)，抑制了酶活性，從而延緩了幼蟲的生長(zhǎng)發(fā)育。核桃種群幼蟲更換新寄主桉樹后，幼蟲體內(nèi)的淀粉酶活性顯著降低，說明核桃種群幼蟲較難適應(yīng)新寄主桉樹；但是，桉樹種群幼蟲更換新寄主核桃后，幼蟲體內(nèi)的淀粉酶活性無明顯變化，且酶活性較低，說明淀粉酶在桉樹種群幼蟲適應(yīng)新寄主過程中的作用較弱，即淀粉酶不是桉樹種群幼蟲寄主轉(zhuǎn)換的主要限制因素。

天牛體內(nèi)消化酶活性的變化，可在一定程度上反映出天牛對(duì)寄主植物營養(yǎng)物質(zhì)的嗜好程度。在云斑白條天牛幼蟲體內(nèi)類蛋白酶、淀粉酶和纖維素Cx酶等三大消化酶中，核桃種群幼蟲體內(nèi)的淀粉酶活性顯著高于桉樹種群幼蟲，但類胰蛋白酶活性卻顯著低于桉樹種群幼蟲。提示云斑白條天牛幼蟲可能以不同消化酶活性構(gòu)成模式適應(yīng)不同的寄主，形成不同的寄主種群。此外，本研究只測(cè)定了更換新寄主14 d這個(gè)時(shí)間點(diǎn)云斑白條天牛幼蟲體內(nèi)酶活性的變化情況，隨著時(shí)間的推移，酶活性會(huì)怎么變化還有待于進(jìn)一步研究。

綜上所述，云斑白條天牛幼蟲對(duì)原寄主具有“記憶”效應(yīng)，更換寄主對(duì)其體內(nèi)酶活性產(chǎn)生明顯影響，乙酰膽堿酯酶在適應(yīng)新寄主中可能發(fā)揮重要作用。相對(duì)于核桃種群的天牛幼蟲對(duì)新寄主桉樹的適應(yīng)，桉樹種群幼蟲具有對(duì)新寄主核桃更強(qiáng)的適應(yīng)能力。提示桉樹種群的云斑白條天牛具有較大的轉(zhuǎn)移危害核桃樹的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)注意桉樹林和核桃經(jīng)濟(jì)林的間隔種植和防護(hù)，尤其是桉樹林應(yīng)當(dāng)避免配置核桃樹這種適宜寄主。